(57)【要約】  有機発光層と、透明基板と、前記有機発光層と前記透明基板との間に設けられた透明電極とを備え、前記透明基板の前記透明電極とは反対側の面を光取り出し面とする有機発光素子において、前記透明基板が複屈折を有し、電場の振動方向が前記有機発光層の積層面に平行な偏光をＳ偏光、光の進行方向ベクトルを含み且つ前記有機発光層の積層面に垂直な面に電場の振動方向が含まれる偏光をＰ偏光とした場合、前記透明基板は、Ｐ偏光の屈折率がＳ偏光の屈折率よりも小さい構成とし、光の利用効率を向上させた。
2011125390.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機発光層と、透明基板と、前記有機発光層と前記透明基板との間に設けられた透明電極とを備え、前記透明基板の前記透明電極とは反対側の面を光取り出し面とする有機発光素子において、
前記透明基板が複屈折を有し、
電場の振動方向が前記有機発光層の積層面に平行な偏光をＳ偏光、光の進行方向ベクトルを含み且つ前記有機発光層の積層面に垂直な面に電場の振動方向が含まれる偏光をＰ偏光とした場合、
前記透明基板は、Ｐ偏光の屈折率がＳ偏光の屈折率よりも小さいことを特徴とする有機発光素子。
【請求項２】
前記透明基板は、一軸性で光学軸が前記積層面に垂直であり、Ｐ偏光の屈折率がＳ偏光の屈折率よりも小さいことを特徴とする請求項１記載の有機発光素子。
【請求項３】
前記透明基板は、二軸性で光学軸の１つが前記積層面に垂直であり、もう１つの光学軸が前記積層面と平行であり、Ｐ偏光の屈折率がＳ偏光の２つの屈折率よりも小さいことを特徴とする請求項１記載の有機発光素子。
【請求項４】
前記透明基板における前記Ｓ偏光の屈折率が前記透明電極の屈折率と略等しいことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の有機発光素子。
【請求項５】
前記透明基板における前記Ｐ偏光の屈折率が前記透明電極の屈折率より小さいことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の有機発光素子。
【請求項６】
前記透明基板は、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリビニルクロライド又は水晶であることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の有機発光素子。
【請求項７】
前記透明基板の前記光取り出し面側に光の角度を変える素子を設けたことを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の有機発光素子。
【請求項８】
前記光の角度を変える素子の屈折率が、前記透明基板における前記Ｐ偏光の屈折率と前記Ｓ偏光の屈折率との間であることを特徴とする請求項７記載の有機発光素子。
【請求項９】
前記光の角度を変える素子の表面が凹凸形状であることを特徴とする請求項７又は８記載の有機発光素子。
【請求項１０】
前記光の角度を変える素子は、散乱層を有することを特徴とする請求項７〜９の何れかに記載の有機発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機発光層と、透明基板と、有機発光層と透明基板との間に設けられた透明電極とを備え、透明基板の透明電極とは反対側の面を光取り出し面とする有機発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、薄型の発光材料として有機発光素子が注目されている。有機発光素子は、低電力で高い輝度を得ることができ、視認性、応答速度、寿命、消費電力の点で優れている。一方、有機発光素子の光の利用効率は２０％程度であり、素子内での損失が大きい。【０００３】
図９は、従来の有機発光素子の概略断面図である。有機発光素子１００は、図中の下層から順に、金属電極１０１、有機発光層１０２、透明電極１０３、透明基板１０４が積層されて構成される。図中の１１０ａ〜１１０ｅの矢印は有機発光層１０２から発生した光のうち特徴的なものを示している。【０００４】
光１１０ａは、発光面である有機発光層１０２に対して垂直方向の光であり、透明基板１０４を透過して光取り出し側（空気側）に取り出される。光１１０ｂは、透明基板１０４と空気との界面に臨界角以下の浅い角度で入射した光であり、透明基板１０４と空気との界面で屈折して光取り出し側に取り出される。光１１０ｃは、透明基板１０４と空気との界面に臨界角より深い角度で入射した光であり、透明基板１０４と空気との界面で全反射して光取り出し側に取り出せない光である。これによる損失を基板損失と呼び、通常２０％程度の損失がある。【０００５】
光１１０ｄは、透明電極１０３と透明基板１０４との界面に臨界角より深い角度で入射した光のうち共振条件を満たした光であり、透明電極１０３と透明基板１０４との界面で全反射して導波モードが発生し、有機発光層１０２及び透明電極１０３内に閉じ込められる光である。これによる損失を導波損失と呼び、通常２０〜２５％程度の損失がある。光１１０ｅは、金属電極１０１へ入射して金属電極１０１内の自由電子と作用し、導波モードの一種であるプラズモンモードが発生して金属電極１０１の表面近傍に閉じ込められる光である。これによる損失をプラズモン損失と呼び、通常３０〜４０％程度の損失がある。【０００６】
このように、従来の有機発光素子１００においては、基板損失、導波損失及びプラズモン損失があるので、それらの損失を少なくし、より多くの光を取り出すことが課題となっている。【０００７】
例えば、特許文献１には、光取り出し面側にレンズシートからなる光散乱部を設けた有機ＥＬ（Electro  Luminescence）装置が開示されている。また、特許文献２には、少なくとも一方の基板表面に、屈折率が１．６以上で、表面の平均粗さが１０ｎｍ以上である高屈折率凸凹層と、一層以上の、屈折率が１．５５以上の基材層からなる、発光装置の発光面側に使用される発光装置用基板及び発光装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第２９３１２１１号公報
【特許文献２】特開２００４−２０７４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１、２の技術は、いずれも透明基板の空気との界面の形状を工夫することによって基板損失を減らし、光の利用効率を向上させようとするものである。しかしながら、導波損失やプラズモン損失に対する対策については開示されていない。よって、導波損失やプラズモン損失を減らすことができれば、光の利用効率をさらに向上させることができる。【００１０】
そこで本発明は、導波損失を減らすことで、光の利用効率を向上させた有機発光素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために本発明は、有機発光層と、透明基板と、前記有機発光層と前記透明基板との間に設けられた透明電極とを備え、前記透明基板の前記透明電極とは反対側の面を光取り出し面とする有機発光素子において、前記透明基板が複屈折を有し、電場の振動方向が前記有機発光層の積層面に平行な偏光をＳ偏光、光の進行方向ベクトルを含み且つ前記有機発光層の積層面に垂直な面に電場の振動方向が含まれる偏光をＰ偏光とした場合、前記透明基板は、Ｐ偏光の屈折率がＳ偏光の屈折率よりも小さいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、透明基板が複屈折を有することにより、導波損失を減らすことができ、光の利用効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態における有機発光素子の概略断面図である。
【図２】屈折率が１．８の透明電極と屈折率が１．７５の透明基板とを用いた有機発光素子において、有機発光層及び透明電極の総厚を変化させたときの各モードの存否を表すグラフである。
【図３】屈折率が１．８の透明電極と屈折率が１．５の透明基板とを用いた有機発光素子において、有機発光層及び透明電極の総厚を変化させたときの各モードの存否を表すグラフである。
【図４】実施例１、２、比較例１、２の特徴をまとめた図である。
【図５】本発明の別の実施の形態における有機発光素子の概略断面図である。
【図６】実施例１の有機発光素子に種々の屈折率の等方性材料からなる光の角度を変える素子を設けた場合の、Ｓ偏光、Ｐ偏光、Ｓ偏光及びＰ偏光の合計についての光取り出し効率を示した図である。
【図７】図６をグラフ化した図である。
【図８】本発明の更なる別の実施の形態における有機発光素子の概略断面図である。
【図９】従来の有機発光素子の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
〈有機発光素子の構成〉
図１は、本発明の実施の形態における有機発光素子の概略断面図である。有機発光素子１０は、図中の下層から順に、裏面電極１１、有機発光層１２、透明電極１３、透明基板１４が積層されて構成される。この有機発光素子１０は、透明基板１４の透明電極１３とは反対側の面を光取り出し面とする、いわゆるボトムエミッション方式である。
【００１５】
説明の便宜上、各図において、紙面の左右方向をＸ方向、紙面に垂直な方向をＹ方向、紙面の上下方向（各層の積層方向）をＺ方向と定義する。
【００１６】
裏面電極１１は、陽極又は陰極としての役割と光を透明基板１４側に反射させるミラーとしての役割があり、例えば、アルミニウム、銀、ニッケル、チタン、ナトリウム、カルシウム等の反射率が６０％以上の金属材料又はそれらの何れかを含む合金などを用いることができる。
【００１７】
有機発光層１２は、発光層を含む有機化合物または錯体の単層または複数層であり、例えば、陽極と接する正孔輸送層、発光材料で形成された発光層、陰極と接する電子輸送層等からなり、数ｎｍから数百ｎｍの厚みである。屈折率は１．８前後である。また、フッ化リチウム層や無機金属塩の層或いはそれらを含有する層等が、任意の位置に形成されていてもよい。発光層は少なくとも一種の発光材からなるもので、蛍光発光性化合物又は燐光発光性化合物等を用いることができる。
【００１８】
有機発光層１２の構成としては、上述の構成も含めて例えば、以下の（ｉ）〜（ｖ）の構成などを採用できる。
（ｉ）（陽極）／発光層／電子輸送層／（陰極）
（ii）（陽極）／正孔輸送層／発光層／電子輸送層／（陰極）
（iii）（陽極）／正孔輸送層／発光層／正孔阻止層／電子輸送層／（陰極）
（iv）（陽極）／正孔輸送層／発光層／正孔阻止層／電子輸送層／電子注入層／（陰極）
（ｖ）（陽極）／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／正孔阻止層／電子輸送層／電子注入層／（陰極）
【００１９】
正孔輸送層は正孔を輸送する機能を有する材料からなり、広い意味で正孔注入層、電子阻止層も正孔輸送層に含まれる。正孔輸送層は単層または複数層設けることができる。
【００２０】
電子輸送層は電子を輸送する機能を有する材料からなり、広い意味で電子注入層、正孔阻止層も電子輸送層に含まれる。電子輸送層は単層または複数層設けることができる。
【００２１】
正孔阻止層とは広い意味では電子輸送層の機能を有し、電子を輸送する機能を有しつつ正孔を輸送する能力が著しく小さい正孔阻止材料からなり、電子を輸送しつつ正孔を阻止することで電子と正孔の再結合確率を向上させることができる。
【００２２】
正孔注入層及び電子注入層とは、駆動電圧低下や発光輝度向上のために電極と発光層間に設けられる層のことである。
【００２３】
透明電極１３は、裏面電極１１の反対電極であり、例えば、ＣｕＩ、インジウムチンオキシド（ＩＴＯ）、ＳｎＯ2、ＺｎＯ等の光の透過率が４０％以上の導電性透明材料を用いることができる。屈折率は有機発光層１２と同じく１．８前後である。
【００２４】
透明基板１４は、複屈折を有する透明材料であり、例えば、０．１〜１ｍｍの厚みである。複屈折性は、後述するように、Ｐ偏光の屈折率がＳ偏光の屈折率よりも小さいことが好ましい。また透明基板１４は、一軸性で光学軸が有機発光層１２や透明基板１４の積層面（Ｘ−Ｙ面）に垂直（Ｚ方向）であることが好ましい。この場合、Ｘ方向の屈折率とＹ方向の屈折率とは同じであり、Ｚ方向の屈折率とＸ方向及びＹ方向の屈折率とは異なることになる。なお、透明基板１４は二軸性であっても上記のようにＰ偏光の屈折率がＳ偏光の屈折率よりも小さければよい。屈折率は１．５〜１．８前後の範囲であることが好ましい。
【００２５】
透明基板１４としては、例えば、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリビニルクロライド（ＰＶＣ）等の樹脂や水晶などを用いることができる。好ましくは、有機発光素子にフレキシブル性を与えることが可能な樹脂フィルムである。透明基板１４をフレキシブルなフィルム状の基材で形成することにより、面光源を湾曲させることができ、種々の方向に向かって発光させることができる。
【００２６】
そして、透明基板１４上に、透明電極１３と有機発光層１２と裏面電極１１とを積層し、一方の端部で透明電極１３を露出させ、他方の端部で裏面電極１１を露出させて電極部を形成し、この電極部を電源部（不図示）の各々の電源配線（不図示）に接続し、有機発光層１２に所定の直流電圧を印加して発光させる。
【００２７】
なお、有機発光素子１０を構成する有機化合物は、水分や大気中の酸素により劣化するため、透湿防止層（ガスバリア層）で封止して外部雰囲気から遮断して使用することが好ましい。この透湿防止層は、例えば、高周波スパッタリング法などにより形成することができる。また、透明基板１４には、必要に応じてハードコート層、アンダーコート層などを設けてもよい。
【００２８】
〈有機発光素子の作製方法〉
次に、有機発光素子１０の作製方法の一例として、透明基板／陽極／正孔注入層／正孔輸送層／発光層／正孔阻止層／電子輸送層／電子注入層／陰極からなる素子の作製法を説明する。
【００２９】
まず、透明基板１４上に陽極用物質からなる透明電極１３の薄膜を１μｍ以下、好ましくは１０ｎｍ〜２００ｎｍの膜厚になるように、蒸着やスパッタリング等の方法により形成させ陽極を作製する。
【００３０】
そして、この上に有機発光層１２である正孔注入層、正孔輸送層、発光層、正孔阻止層、電子輸送層、電子注入層等の有機化合物薄膜を形成させる。
【００３１】
これら各層の形成方法としては、蒸着法、ウェットプロセス（スピンコート法、キャスト法、インクジェット法、印刷法）等があり、均質な膜が得られやすく、且つピンホールが生成しにくい等の点からは、スピンコート法、インクジェット法、印刷法等の塗布法による成膜が好ましい。
【００３２】
有機発光層１２を溶解または分散する液媒体としては、例えば、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、酢酸エチル等の脂肪酸エステル類、ジクロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素類、トルエン、キシレン、メシチレン、シクロヘキシルベンゼン等の芳香族炭化水素類、シクロヘキサン、デカリン、ドデカン等の脂肪族炭化水素類、ＤＭＦ、ＤＭＳＯ等の有機溶媒を用いることができる。また分散方法としては、超音波、高剪断力分散やメディア分散等の分散方法により分散することができる。
【００３３】
これらの層を形成後、その上に陰極用物質からなる裏面電極１１の薄膜を１μｍ以下、好ましくは、５０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲の膜厚になるように、例えば、蒸着やスパッタリング等の方法により形成させ陰極を作製する。このようにして有機発光素子１０が得られる。
【００３４】
〈損失の低減〉
有機発光素子１０において有機発光層１２から発生する光は、様々な角度、偏光状態を有するが、ここでは電場の振動方向が有機発光層１２の積層面（Ｘ−Ｙ面）に平行な偏光をＳ偏光、光の進行方向ベクトルを含み且つ有機発光層１２の積層面（Ｘ−Ｙ面）に垂直な面（Ｚ軸を含む面）に電場の振動方向が含まれる偏光をＰ偏光とする。また、複屈折を有する透明基板１４の積層面（Ｘ−Ｙ面）に平行な屈折率である面内屈折率をｎ0、透明基板１４の積層面（Ｘ−Ｙ面）に垂直な方向（Ｚ方向）の屈折率をｎeとする。
【００３５】
このように定義すると、一軸性で光学軸がＺ方向である透明基板１４を用いた場合、透明電極１３から透明基板１４へ入射するＳ偏光が感じる屈折率は、あらゆる方向でｎ0となる。一方、Ｐ偏光が感じる屈折率は、Ｐ偏光の進行方向が積層面（Ｘ−Ｙ面）に平行な方向の場合はｎe、積層面（Ｘ−Ｙ面）に垂直な方向（Ｚ方向）の場合はｎ0となり、進行方向がその間の角度である場合はｎeとｎ0の間となる。
【００３６】
ここで、複屈折性を有する透明基板１４の効果をわかりやすく説明するため、有機発光素子１０の典型的な例を実施例１とし、実施例１との比較のため複屈折性を有さない透明基板を用いた比較例１、２を挙げて説明する。
【００３７】
実施例１の有機発光素子１０は、裏面電極１１が層厚１００ｎｍのアルミニウム、有機発光層１２が層厚１００ｎｍで屈折率１．８の材料、透明電極１３が層厚１００ｎｍで屈折率１．８のＩＴＯ、透明基板１４が層厚０．５ｍｍでｎe＝１．５かつｎ0＝１．７５のＰＥＮである。
【００３８】
比較例１の有機発光素子は、透明基板が層厚０．５ｍｍで屈折率１．５の無アルカリガラスである点で実施例１の有機発光素子１０と異なり、その他の構成は実施例１の有機発光素子１０と同じである。比較例２の有機発光素子は、透明基板が層厚０．５ｍｍで屈折率１．７５のガラス（Ｕ−ＳＦ６Ｍ；コニカミノルタ社）である点で実施例１の有機発光素子１０と異なり、その他の構成は実施例１の有機発光素子１０と同じである。なお、比較例１、２の透明基板は等方性材料であるため複屈折性は示さない。
【００３９】
まず、実施例１の有機発光素子１０のＳ偏光について検討する。実施例１において、Ｓ偏光が感じる透明基板１４の屈折率はｎ0＝１．７５であり、透明電極１３の屈折率は１．８であるので、それらの屈折率差は０．０５しかなく小さいといえる。そのため、透明電極１３から透明基板１４へ入射するＳ偏光は全反射しにくく、これは導波モードが発生しにくいことを意味する。これを裏付けるデータとして図２を示す。
【００４０】
図２は、屈折率が１．８の透明電極と屈折率が１．７５の透明基板とを用いた有機発光素子において、有機発光層及び透明電極の総厚を変化させたときの各モードの存否を表すグラフである。この有機発光素子は、比較例２の有機発光素子において、有機発光層及び透明電極の総厚を種々の厚みに変化させたものに相当する。したがって、図２に示す各モードの存否は、比較例２の場合を示しているとともに、実施例１のＳ偏光の場合を示している。また、実施例１の一部のＰ偏光（Ｐ偏光のうち積層面（Ｘ−Ｙ面）に垂直な方向（Ｚ方向）の光）の場合も示している。
【００４１】
図２に示されるように、一般的な有機発光層及び透明電極の膜厚の範囲である今回の測定範囲（１００〜３００ｎｍ）では、プラズモンモードのみが存在し、ＴＥモード及びＴＭモードは存在しない。ＴＥ（Transverse  Electric）モードとは、導波モードのうち、電界成分が入射面に対して横向きの光に対応し、つまりＳ偏光に対応する。また、ＴＭ（Transverse  Magnetic）モードとは、導波モードのうち、磁界成分が入射面に対して横向きの光に対応し、つまりＰ偏光に対応する。
【００４２】
よって、実施例１のＳ偏光については、図２から、有機発光層１２及び透明電極１３の総厚が２００ｎｍの場合にＴＥモードが存在していないので、導波モードは存在しないことになる。また、プラズモンモードはＳ偏光では発生せず、Ｐ偏光にて発生する現象である。したがって、実施例１のＳ偏光に関して存在する光は、図９の１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃに相当する。
【００４３】
次に、実施例１の有機発光素子１０のＰ偏光について検討する。実施例１において、Ｐ偏光が感じる透明基板１４の屈折率は進行方向によって異なるため１．５〜１．７５であり、透明電極１３の屈折率は１．８である。それらの屈折率差は０．０５〜０．３であるので、０．３に近づく程、透明電極１３から透明基板１４へ入射するＰ偏光は全反射し易く、導波モードが発生し易いことを意味する。
【００４４】
図３は、屈折率が１．８の透明電極と屈折率が１．５の透明基板とを用いた有機発光素子において、有機発光層及び透明電極の総厚を変化させたときの各モードの存否を表すグラフである。この有機発光素子は、比較例１の有機発光素子において、有機発光層及び透明電極の総厚を種々の厚みに変化させたものに相当する。したがって、図３に示す各モードの存否は、比較例１の場合を示しているとともに、実施例１の一部のＰ偏光（Ｐ偏光のうち進行方向が積層面（Ｘ−Ｙ面）に平行な方向の光）の場合も示している。
【００４５】
図３に示されるように、一般的な有機発光層及び透明電極の膜厚の範囲である今回の測定範囲（１００〜３００ｎｍ）では、プラズモンモードとＴＥモードが全範囲で存在し、ＴＭモードは約２４０ｎｍ以上で存在している。
【００４６】
よって、実施例１のＰ偏光については、図２及び図３から、有機発光層１２及び透明電極１３の総厚が２００ｎｍの場合にＴＭモードが存在していないので、導波モードは存在しないことになる。また、プラズモンモードはＰ偏光にて発生する現象であるので存在する。したがって、実施例１のＰ偏光に関して存在する光は、図９の１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｅに相当する。
【００４７】
次に、比較例１について検討する。比較例１はＳ偏光もＰ偏光も図３が適用されるため、有機発光層及び透明電極の総厚が２００ｎｍの場合を見ると、ＴＥモードが存在し、ＴＭモードが存在せず、プラズモンモードが存在する。よって、Ｓ偏光について導波モードが１つ存在し、Ｐ偏光についてプラズモンモードが１つ存在する。したがって、比較例１は、Ｓ偏光において導波モードが存在する点で実施例１と異なる。
【００４８】
次に、比較例２について検討する。比較例２はＳ偏光もＰ偏光も図２が適用されるため、有機発光層及び透明電極の総厚が２００ｎｍの場合を見ると、ＴＥモード及びＴＭモードが存在せず、プラズモンモードが存在する。よって、比較例２は、実施例１と同様、Ｓ偏光について導波モードが存在せず、Ｐ偏光についてプラズモンモードが１つ存在する。実施例１、比較例１、２の特徴をまとめると図４のようになる。
【００４９】
上述した実施例１、比較例１、２の結果から、Ｓ偏光については、余計なＴＥモードが存在する比較例１の構成が好ましくなく、実施例１又は比較例２の構成が導波損失を減らすことができ好ましい。
【００５０】
一方、Ｐ偏光については、実施例１、比較例２の何れでもプラズモンモードが発生し、利用効率の悪化要因となるが、これは有機発光層と裏面電極の関係で決まり、透明基板１４は関係しない。そこで、実施例１、比較例２において、透明基板に入った光をいかに効率良く空気側（光取り出し面側）に取り出すかを考えた場合、透明基板と空気の全反射条件が緩い方が好ましい。実施例１の透明基板１４のＰ偏光の屈折率は１．５〜１．７５、比較例２の透明基板のＰ偏光の屈折率は１．７５、空気の屈折率は１であり、比較例２と空気との屈折率差より実施例１と空気との屈折率差の方が小さいので、比較例２より実施例１の方が透明基板１４と空気の全反射条件が緩い。したがって、Ｐ偏光については、比較例２よりも実施例１の構成が基板損失を減らすことができ好ましい。
【００５１】
Ｓ偏光及びＰ偏光の利用効率を総合すると、比較例１、２よりも実施例１の光の利用効率が高く最も好ましいといえる。以上の結果から、透明基板１４の最も好ましい構成としては、複屈折性（ｎe、ｎ0）を有し、Ｐ偏光の屈折率がＳ偏光の屈折率よりも小さく、ｎ0が透明電極１３の屈折率に近いこと、ｎeが透明電極１３の屈折率より小さいことである。換言すれば、透明基板１４の好ましい構成としては、複屈折性を有し、Ｐ偏光の屈折率がＳ偏光の屈折率よりも小さく、Ｓ偏光にとって優位な条件として、Ｓ偏光の屈折率が透明電極１３の屈折率と略等しいこと、Ｐ偏光にとって優位な条件として、Ｐ偏光の屈折率が透明電極１３の屈折率より小さいことである。
【００５２】
なお、二軸性で光学軸の１つが積層面（Ｘ−Ｙ面）に垂直（Ｚ方向）であり、もう１つの光学軸が積層面（Ｘ−Ｙ面）と平行である透明基板を用いてもよい。この場合、透明電極から透明基板へ入射するＳ偏光が感じる屈折率は、Ｘ方向でｎ01、Ｙ方向でｎ02となる。一方、Ｐ偏光が感じる屈折率は、Ｐ偏光の進行方向が積層面（Ｘ−Ｙ面）に平行な方向の場合はｎe、積層面（Ｘ−Ｙ面）に垂直な方向（Ｚ方向）の場合はｎ0となり、進行方向がその間の角度である場合はｎeとｎ0の間となる。透明基板としては、例えば、ｎe＝１．５、ｎ01＝１．７５、ｎ02＝１．７４のＰＥＮが挙げられる。
【００５３】
実施例２として、透明基板が層厚０．５ｍｍで、ｎe＝１．５、ｎ01＝１．７５、ｎ02＝１．７４のＰＥＮである点で実施例１の有機発光素子１０とは異なり、その他の構成が実施例１の有機発光素子１０と同じであるものにおいても、実施例１と同様の効果を奏する。
【００５４】
〈基板損失のさらなる低減〉
次に、上述した有機発光素子１０の基板損失をさらに低減する手法について説明する。図５は、本発明の別の実施形態における有機発光素子の概略断面図である。この有機発光素子２０は、図１の有機発光素子１０の構成に加え、透明基板１４の光取り出し面側に光の角度を変える素子２１を設けたものである。
【００５５】
光の角度を変える素子２１は、光取り出し側の表面が凹凸形状であればよく、例えば、マイクロレンズ、プリズム台、円錐、角錐、円錐台、角錐台、ランダムな凹凸などの形状を採用できる。
【００５６】
これにより、図９に示した、透明基板と空気との界面で全反射して光取り出し側に取り出せなかった光１１０ｃが、光の角度を変える素子２１に入射し、その凹凸形状の表面で角度を変えられて光２２ａ、２２ｂとして取り出されたり、角度を変えた反射によって光２２ｃ〜２２ｅとなり、再び光の角度を変える素子２１に入射して取り出されたりする。
【００５７】
そして、光の角度を変える素子２１は、透明基板１４との境界でのフレネル反射や全反射を抑える観点から、透明基板１４と同じ値の複屈折率を有することが最も望ましい。しかし、作製上の制約から光学軸を保持しながら複屈折性を持たせることができない場合もあり、このときは等方性材料を用いることになる。
【００５８】
等方性材料を用いる場合は、どのような屈折率を選ぶかで光取り出し効率が変化する。図６は、実施例１の有機発光素子１０に種々の屈折率の等方性材料からなる光の角度を変える素子２１を設けた場合の、Ｓ偏光、Ｐ偏光、Ｓ偏光及びＰ偏光の合計についてそれぞれの光取り出し効率を示し、図７は図６をグラフ化したものである。ここで、光の角度を変える素子２１に入射するＳ偏光とＰ偏光の割合は、Ｓ偏光が６５％、Ｐ偏光が３５％とする。
【００５９】
図６、図７から、Ｓ偏光にとっては屈折率が１．５より１．７５の方が取り出し効率が良く、Ｐ偏光にとっては屈折率が１．７５より１．５の方が取り出し効率が良い。したがって、Ｓ偏光及びＰ偏光の合計についての光取り出し効率を高めるためには、Ｓ偏光とＰ偏光の割合も考慮して光の角度を変える素子２１の屈折率が、１．５〜１．７５の範囲、つまり、透明基板１４の複屈折率の間であることが望ましい。一軸性の透明基板１４の場合は、光の角度を変える素子２１の屈折率が、透明基板１４におけるＰ偏光の屈折率とＳ偏光の屈折率との間であること、二軸性の透明基板の場合は、光の角度を変える素子の屈折率が、透明基板におけるＰ偏光の屈折率とＳ偏光の２つの屈折率のうち小さい屈折率との間であることが望ましい。なお、図６、図７に示した例では、光の角度を変える素子２１の屈折率が１．６５のときに光取り出し効率が最大となっている。
【００６０】
光の角度を変える素子の他の例としては、散乱層を有するものが挙げられる。散乱層を有していれば、他の層を含んでいてもよい。図８は、本発明の更なる別の実施形態における有機発光素子の概略断面図である。この有機発光素子３０は、図１の有機発光素子１０の構成に加え、透明基板１４の光取り出し面側に光の角度を変える素子として散乱層３１を設けたものである。
【００６１】
散乱層３１は、例えば、基材となる透明な樹脂中に１μｍ程度のアルミナやシリカの微小球を分散させたものを用いることができる。これにより、図９に示した、透明基板と空気との界面で全反射して光取り出し側に取り出せなかった光１１０ｃが、散乱層３１に入射し、角度を変えられて光３２ａ、３２ｂとして取り出されたり、角度を変えられて光３２ｃ〜３２ｅとなり、再び散乱層３１に入射して取り出されたりする。
【００６２】
そして、散乱層３１の基材としては、透明基板１４との境界でのフレネル反射や全反射を抑える観点から、透明基板１４と同じ材料又は透明基板１４と同じ値の複屈折率を有する材料を用いることが最も望ましい。また等方性材料を用いる場合は、上述した光の角度を変える素子２１と同様、光取り出し効率を高めるためにその屈折率は透明基板１４の複屈折率の間であることが望ましい。
【００６３】
なお、光の角度を変える素子は、表面が凹凸形状であることと、散乱層を有することの両方を備えていてもよい。例えば、散乱層３１の表面を図５に示した凹凸形状にしたものである。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明の有機発光素子は、表示デバイス、ディスプレイ、各種発光光源として用いることができる。発光光源として、例えば、照明装置（家庭用照明、車内照明）、時計や液晶用バックライト、看板広告、信号機、光記憶媒体の光源、電子写真複写機の光源、光通信処理機の光源、光センサーの光源等が挙げられるが、これらに限定するものではない。特に液晶表示装置のバックライト、照明用光源としての用途に有効に用いることができる。
【符号の説明】
【００６５】
１０、２０、３０  有機発光素子
１２  有機発光層
１３  透明電極
１４  透明基板
２１  光の角度を変える素子
３１  散乱層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年7月6日(2011.7.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機発光層と、透明基板と、前記有機発光層と前記透明基板との間に設けられた透明電極とを備え、前記透明基板の前記透明電極とは反対側の面を光取り出し面とする有機発光素子において、
前記透明基板が複屈折を有し、
電場の振動方向が前記有機発光層の積層面に平行な偏光をＳ偏光、光の進行方向ベクトルを含み且つ前記有機発光層の積層面に垂直な面に電場の振動方向が含まれる偏光をＰ偏光とした場合、
前記透明基板は、一軸性で光学軸が前記積層面に垂直であり、Ｐ偏光の屈折率がＳ偏光の屈折率よりも小さいことを特徴とする有機発光素子。
【請求項２】
有機発光層と、透明基板と、前記有機発光層と前記透明基板との間に設けられた透明電極とを備え、前記透明基板の前記透明電極とは反対側の面を光取り出し面とする有機発光素子において、
前記透明基板が複屈折を有し、
電場の振動方向が前記有機発光層の積層面に平行な偏光をＳ偏光、光の進行方向ベクトルを含み且つ前記有機発光層の積層面に垂直な面に電場の振動方向が含まれる偏光をＰ偏光とした場合、
前記透明基板は、二軸性で光学軸の１つが前記積層面に垂直であり、もう１つの光学軸が前記積層面と平行であり、Ｐ偏光の屈折率がＳ偏光の２つの屈折率よりも小さいことを特徴とする有機発光素子。
【請求項３】
有機発光層と、透明基板と、前記有機発光層と前記透明基板との間に設けられた透明電極とを備え、前記透明基板の前記透明電極とは反対側の面を光取り出し面とする有機発光素子において、
前記透明基板が複屈折を有し、
電場の振動方向が前記有機発光層の積層面に平行な偏光をＳ偏光、光の進行方向ベクトルを含み且つ前記有機発光層の積層面に垂直な面に電場の振動方向が含まれる偏光をＰ偏光とした場合、
前記透明基板は、Ｐ偏光の屈折率がＳ偏光の屈折率よりも小さく、
前記透明基板における前記Ｓ偏光の屈折率が前記透明電極の屈折率と略等しいことを特徴とする有機発光素子。
【請求項４】
有機発光層と、透明基板と、前記有機発光層と前記透明基板との間に設けられた透明電極とを備え、前記透明基板の前記透明電極とは反対側の面を光取り出し面とする有機発光素子において、
前記透明基板が複屈折を有し、
電場の振動方向が前記有機発光層の積層面に平行な偏光をＳ偏光、光の進行方向ベクトルを含み且つ前記有機発光層の積層面に垂直な面に電場の振動方向が含まれる偏光をＰ偏光とした場合、
前記透明基板は、Ｐ偏光の屈折率がＳ偏光の屈折率よりも小さく、
前記透明基板は、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリビニルクロライド又は水晶であることを特徴とする有機発光素子。
【請求項５】
有機発光層と、透明基板と、前記有機発光層と前記透明基板との間に設けられた透明電極とを備え、前記透明基板の前記透明電極とは反対側の面を光取り出し面とする有機発光素子において、
前記透明基板が複屈折を有し、
電場の振動方向が前記有機発光層の積層面に平行な偏光をＳ偏光、光の進行方向ベクトルを含み且つ前記有機発光層の積層面に垂直な面に電場の振動方向が含まれる偏光をＰ偏光とした場合、
前記透明基板は、Ｐ偏光の屈折率がＳ偏光の屈折率よりも小さく、
前記透明基板の前記光取り出し面側に光の角度を変える素子を設け、
前記光の角度を変える素子の屈折率が、前記透明基板における前記Ｐ偏光の屈折率と前記Ｓ偏光の屈折率との間であることを特徴とする有機発光素子。
【請求項６】
前記透明基板における前記Ｐ偏光の屈折率が前記透明電極の屈折率より小さいことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の有機発光素子。
【請求項７】
前記光の角度を変える素子の表面が凹凸形状であることを特徴とする請求項５記載の有機発光素子。
【請求項８】
前記光の角度を変える素子は、散乱層を有することを特徴とする請求項５又は７記載の有機発光素子。
【国際調査報告】
2011125390.tif 000012
2011125390.tif 000013
2011125390.tif 000014
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